多功能算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元(ALU)[1]_跨考網(wǎng)

由一位全加器(FA)構(gòu)成的行波進(jìn)位加法器，它可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼數(shù)的加法運(yùn)算和減法運(yùn)算。但是這種加法/減法器存在兩個(gè)問題：一是由于串行進(jìn)位，它的運(yùn)算時(shí)間很長。假如加法器由n位全加器構(gòu)成，每一位的進(jìn)位延遲時(shí)間為20ns，那么最壞情況下， 進(jìn)位信號(hào)從最低位傳遞到最高位而最后輸出穩(wěn)定，至少需要n*20ns，這在高速計(jì)算中顯然是不利的。二是就行波進(jìn)位加法器本身來說，它只能完成加法和減法兩種操作而不能完成邏輯操作。本節(jié)我們介紹的多功能算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元(ALU)不僅具有多種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的功能，而且具有先行進(jìn)位邏輯， 從而能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算。
　　
　　1.基本思想
　　
　　一位全加器(FA)的邏輯表達(dá)式為
　　
　　Fi＝Ai⊕Bi⊕Ci　　
　　Ci＋1＝AiBi＋BiCi＋CiAi???????? (2.35)
　　
　　我們將Ai和Bi先組合成由控制參數(shù)S0，S1，S2，S3控制的組合函數(shù)Xi和Yi，然后再將Xi，Yi和下一位進(jìn)位數(shù)通過全加器進(jìn)行全加。這樣，不同的控制參數(shù)可以得到不同的組合函數(shù)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)多種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

因此，一位算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元的邏輯表達(dá)式為
　　
　　Fi=Xi⊕Yi⊕Xn+i　　
　　Cn+i+1=XiYi+YiCn+i+Cn+iXi
　　
　　上式中進(jìn)位下標(biāo)用n＋i代替原來以為全加器中的i，i代表集成在一片電路上的ALU的二進(jìn)制位數(shù)。對(duì)于4位一片的ALU，i＝0，1，2，3。n代表若干片ALU組成更大字長的運(yùn)算器時(shí)每片電路的進(jìn)位輸入，例如當(dāng)4片組成16位字長的運(yùn)算器時(shí)，n＝0，4，8，12。